Contenido del artículo
- 1. Orientación e Inclinación de los Paneles.
- 2. Radiación, Irradiancia e Irradiación.
- 3. Distancia mínima entre filas de Paneles.
- 4. Temperatura óptima de funcionamiento de los Paneles
- 5. Tipos de Instalaciones.
- 6. Obligaciones del Promotor en materia de Prevención de Riesgos Laborales.
- 7. Cálculo de Instalaciones Solares Fotovoltaicas Aisladas.
── Edwin Hubbel Chapin (1814–1880).
Energía Solar Fotovoltaica : Orientación e Inclinación de los Generadores
En cada instalación solar fotovoltaica hay que estudiar como orientar los Generadores Fotovoltaicos y cual será su inclinación óptima para su montaje :
ORIENTACIÓN :
En España, al encontrarnos en el Hemisferio Norte, los Generadores o Placas Fotovoltaicas deberán orientarse hacia el Sur Geográfico. Por tanto el ángulo de acimut (α) debe ser de 0º, los valores positivos del acimut se orientan hacia el Oeste y los negativos se orientaran hacia el Este. Según algunos estudios, una desviación de ± 15º respecto a la orientación óptima disminuye muy poco la radiación solar captada.
Debido a que en España la Declinación Magnética, diferencia entre el sur geográfico y el sur magnético, varía entre 0,5º y el 3º podemos despreciarla a efectos de cálculos.
INCLINACIÓN :
La Radiación solar que reciben los Generadores o Placas Solares depende del ángulo que estos tengan respecto a la perpendicular de los rayos del Sol que inciden sobre ellos. Un dato muy importante a tener en cuenta para calcular la inclinación idónea es la Latitud (ɸ), esta mide el ángulo que existe entre un lugar del mundo y el Ecuador ( Medido sobre el Meridiano que pasa por el lugar ). Cuanto más al Norte de España nos encontremos, mayor será su latitud y por lo tanto los Generadores o Placas Solares deberán tener más inclinación.
Un dato importante a tener en cuenta también es que el ángulo de incidencia del Sol varía a lo largo del año. Llegado a este punto, debemos diferenciar entre Instalaciones Solares Fotovoltaicas conectadas a la Red e Instalaciones Solares Fotovoltaicas Aisladas.
INSTALACIONES CONECTADAS A RED : En este tipo de Instalaciones se persigue captar la máxima energía posible durante todo el año, buscaremos una inclinación que nos garantice la máxima radiación media anual.
Podemos utilizar esta fórmula en función de la latitud (ɸ) de la Instalación, para calcular el ángulo de inclinación óptima (ß) : ß = 3,7 + 0,69 . ɸ
INSTALACIONES AISLADAS : En este tipo de Instalaciones se persigue garantizar el suministro teniendo en cuenta las condiciones de uso y los consumos. A nivel orientativo, estas podrían ser las inclinaciones para las diferentes instalaciones aisladas :
Instalación en Vivienda, solamente en
Verano
: ß = ɸ –
15º
En Verano la altura del sol es mayor, por ello necesitaremos una menor inclinación.
Instalación en Vivienda, solamente en
Invierno : ß = ɸ
+
15º
En Invierno la altura del sol es menor, por ello necesitaremos una mayor inclinación.
Instalación en Vivienda, durante todo el
año : ß = ɸ +
10º
Debemos tener en cuenta la época de menor radiación, en invierno, para garantizar el suministro.
Radiación, Irradiancia e Irradiación
El sol es fuente de energía constante, gratuita y renovable. Parte de esta energía llega en forma de radiación electromagnética a la capa exterior de la atmósfera, y lo hace con una Irradiancia aproximada de 1367 W/m² ( Constante Solar ).
LA RADIACIÓN SOLAR :
Es la energía generada por el Sol, a través de reacciones nucleares de fusión, que alcanza la atmósfera terrestre en forma de radiación electromagnética. La Radiación Solar que recibe un Generador o Placa Solar es el resultado de la suma de las distintas Radiaciones existentes, pudiendo variar durante el día o la noche debido a las condiciones existentes en cada momento :
RADIACIÓN DIRECTA : Es la que incide directamente desde el Sol y puede disminuir debido a las nubes. Como veremos en próximos artículos puede producir sombras sobre Generadores o Placas Solares, deberemos estudiarlas para eleminarlas o en su defecto minimizar su aparición.
RADIACIÓN DIFUSA : Es la que se produce debido a la dispersión de los rayos cuando atraviesan la atmósfera. En días nublados puede llegar a valores superiores al 50 %
RADIACIÓN DE ALBEDO O REFLEJADA : Es la producida por la reflexión de la Radiación Solar en los diferentes objetos existentes en la corteza terrestre, su nivel dependerá de la capacidad de los objetos para reflejar la radiación.
LA IRRADIANCIA :
Es la Potencia Solar incidente por unidad de Superficie, y se mide en W/m². Para definir los Fabricantes los parámetros nominales de los Generadores o Placas Solares se estima en 1000 W/m². Se utiliza la letra G sin subíndices para definir la Irradiancia, pudiéndonos encontrar con las siguientes expresiones :
G (0) : Esta hace referencia a la Irradiancia Global sobre una superficie horizontal.
G (-5, 30) : El primer dato hace referencia a la orientación (α) y el segundo a la inclinación (ß). En este ejemplo correpondería a un Acimut Este de 5º y una inclinación de paneles de 30º
Nota: El Acimut 0º corresponde con
el Sur Geográfico, el ángulo se mide en sentido de las agujas del reloj.
Ángulo negativo →
Este
Ángulo positivo → Oeste
LA IRRADIACIÓN :
Es la Energía Solar que recibe una unidad de superficie en un tiempo determinado, y se mide en W.h/m² . Se utiliza la letra G con uno o con dos subíndices. El primer subíndice nos indica el periodo de tiempo que se ha tenido en cuenta : horario (h), diario (d), mensual (m) o anual (a). El segundo subíndice expresa el valor medio mensual (m) o anual (a)
Gdm (-5, 30) : (Gdm ) Este hace referencia al valor medio mensual de Irradiación global diaria. Correspondiente a un Acimut Este de 5º y una inclinación de paneles de 30º
Ga (5) : Este hace referencia a la Irradiación global anual, Acimut 0º e inclinación de paneles de 5º
Nota: La Irradiación también la
podemos encontrar expresada en Julios, en este caso deberemos tener en cuenta que :
3600 kJ
= 1
kW.h
Distancia mínima entre filas de Paneles
CALCULO DISTANCIA MÍNIMA
Los propios Generadores o Placas Solares pueden arrojar sombras sobre otros situados en otras filas o disposiciones. En esta aplicación web que he preparado podemos calcular la distancia mínima (d) o (d’) que debe existir entre dos filas, en función de los datos que tengamos disponibles para ello.
Las sombras sobre los Generadores o Paneles Solares tienen como resultado una disminución de la Intensidad de Corriente que generan, pudiendo llegar en algunos casos a anular su funcionamiento.
Temperatura óptima de funcionamiento de los Paneles.
☀🌡️ La temperatura óptima de funcionamiento de los paneles solares se encuentra entre los 20 y los 25 Grados Celsius. Si superamos las temperaturas antes mencionadas el rendimiento de las placas solares empieza a disminuir, esta disminución vendrá detallada en la ficha del Fabricante del Panel Solar.
💊 Los datos que facilitan los fabricantes están sacados de sus mediciones realizadas en condiciones de medición estándar (STC)
✔ 1000 W/m² de Irradiación
✔ 25º C de Temperatura de la Célula
✔ 1,5 AM de Distribución Espectral
✅ Para calcular las condiciones reales de operación debemos consultar en la ficha del fabricante las siguientes características técnicas.
✔ TONC. Temperatura de Operación de la Célula. Se trata de la temperatura real de las células solares una vez instaladas.
✔ Coeficiente de Temperatura de Potencia. Es el % de pérdida de potencia por cada grado que supere los 25º C. Normalmente suele estar entre -0,43 y -0,47 % ºC
✔ Coeficiente de Temperatura de Voc. Es el % de pérdida de tensión de circuito abierto por cada grado que supere los 25º C. Normalmente suele estar entre -0,33 y -0,34 % ºC
✔ Coeficiente de Temperatura de Vmp. Es el % de pérdida de tensión de máxima potencia por cada grado que supere los 25º C. Normalmente suele estar entre -0,36 y -0,39 % ºC
✅ La Temperatura de trabajo de la célula depende de la temperatura ambiente y de la irradiación, pudiéndose obtener con la siguiente fórmula :
☀🌡️ Tc = Ta + G. ( TONC -20 ) / 800Tc = Temperatura de trabajo de la célula, en ºC
Ta = Temperatura ambiente, en ºC
G = Irradiancia, en W/m².
TONC = Temperatura de operación nominal de la célula, en ºC
Tipos de Instalaciones.
INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS AISLADAS :
Las instalaciones Solares Fotovoltaicas Aisladas son aquellas que pueden generar Electricidad sin la necesidad de estar conectadas a la Red Eléctrica. Son de gran utilidad en lugares donde no se tiene acceso a la Red Eléctrica. Para asegurar el suministro cuando los Generadores Fotovoltaicos o Placas Solares no se encuentren generando electricidad, o esta disminuya debido a la Metereología adversa, deberemos instalar baterías de acumulación. Las baterías de acumulación nos garantizarán, durante el periodo de autonomía calculado, el suministro de Electricidad. La principal función de las baterías de acumulación es almacenar la energía sobrante, que no consumimos durante el periodo en que los Generadores Fotovoltaicos o Placas Solares reciben Radiación Solar y generan electricidad.
Las baterías de acumulación almacenan y suministran Electricidad debido a las diferentes reacciones químicas que tiene lugar en el interior de las mismas.
En los Sistemas Híbridos se introduce la posibilidad de incluir también la conexión de un Generador Diésel o Eólico, para que en caso de agotar las batería durante el periodo de autonomía calculado, podamos disponer de Electricidad. Los Generadores Diésel o Eólicos también se pueden utilizar en caso de puntas de consumo, o en caso que los Generadores Fotovoltaicos no reciban la suficiente Radiación Solar.
INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS CONECTADAS A LA RED ELÉCTRICA :
Las instalaciones Solares Fotovoltaicas conectadas a la Red Eléctrica son aquellas en las que se vende toda la producción a las Compañías Eléctricas y se inyecta a la Red Eléctrica. La generación de Electricidad de estas instalaciones coincide con las horas de más demanda, ya que es durante el día cuando los Generadores Fotovoltaicos o Placas Solares reciben más Radiación Solar.
Los Inversores utilizados en este tipo de instalaciones deben garantizar que no se produzcan perturbaciones a la Red Eléctrica durante la Inyección de la Electridad generada.
INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS PARA AUTOCONSUMO :
Las instalaciones Solares Fotovoltaicas para Autoconsumo son aquellas en las que se consume la Electricidad generada a través de los Generadores Fotovoltaicos o Placas Solares, y se utiliza la Red Eléctrica para inyectar los excedentes o para consumir Electricidad en caso de que la Generación propia no sea suficiente.
También podemos optar por no inyectar Electricidad a la Red y almacenar los excedentes de la Instalación Fotovoltaica en nuestras propias Baterías de Acumulación, en este caso solo utilizaríamos la Red Eléctrica para momentos puntuales o puntas de consumo. Otra opción sería inyectar a la Red Eléctrica solo cuando nuestros consumos estén garantizados y contemos con las baterías de acumulación 100% cargadas.
Obligaciones del Promotor en materia de Prevención de Riesgos Laborales.
El Instituto Nacional de Seguridad y Salud en el Trabajo (INSST) a través de su Guía para la Evaluación y Prevención de los Riesgos Relativos a las Obras de Construcción, de carácter no vinculante, tiene por objetivo facilitar la aplicación del Real Decreto 1627/97 proporcionando criterios e información técnica para la evaluación y prevención de los riesgos en el ámbito de las Obras de Construcción.
Pueden ampliar y contrastar la información de este Artículo consultando la Guía Técnica ... Enlace a la Guía
La primera normativa de aplicación a este tipo de trabajos es la Ley 31/1995 de Prevención de Riesgos Laborales, en base a esta Ley posteriormente el Real Decreto 1627/1997 estableció las disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras de Construcción.
Según el Real Decreto 1627/1997 en su artículo 2.1.a se define Obra de Construcción u Obra como : Cualquier obra, pública o privada, en la que se efectúen trabajos de Construcción o Ingeniería Civil cuya relación no exhaustiva figura en el Anexo I.
El Anexo I recoge como obras de Construcción o de Ingeniería Civil : El Montaje y desmontaje de elementos prefabricados, el acondicionamiento o instalaciones, el mantenimiento y los trabajos de pintura y de limpieza entre otras actividades.
Según lo establecido en la Guía técnica : Se entiende por obra de Construcción, el lugar donde se desarrolla con carácter temporal cualquiera de las actividades señaladas en el Anexo I del RD 1627/97, siempre que estén referidas a trabajos intrínsecamente asociados a actividades de construcción y se ejecuten con tecnologías propias de este tipo de industrias.
El citado Real Decreto 1627/1997 establece en su Anexo II como trabajos que implican riesgos especiales para la seguridad y la salud de los trabajadores : Los trabajos con riesgos especialmente graves de hundimiento o caída en altura, entre otros.
Debido a las especiales características de los emplazamientos donde se realizan los trabajos, es necesario la adopción de medidas preventivas : Valorar la resistencia de la superficie donde se trabaja, establecer un acceso seguro, colocar protecciones colectivas en las zonas de riesgo, elaborar de un procedimiento de trabajo en el que se identifiquen los riesgos y se establezcan las medidas de prevención y protección, ect.
INTERVINIENTES EN ESTE TIPO DE TRABAJOS, las definiciones se encuentran recogidas en el art. 2 del antes citado RD 1627/97 :
PROMOTOR : Cualquier persona física o jurídica por cuenta de la cual se realice una obra.
El INSST en su Guía para la Evaluación y Prevención de los Riesgos Relativos a las Obras de Construcción, de carácter no vinculante, facilita más ejemplos sobre la figura del Promotor.
Cuando el promotor contrate directamente trabajadores autónomos para la realización de la obra o de determinados trabajos de la misma, tendrá la consideración de CONTRATISTA respecto de aquéllos a efectos de lo dispuesto en el presente Real Decreto. No será de aplicación cuando la actividad contratada se refiera exclusivamente a la construcción o reparación que pueda contratar un cabeza de familia respecto de su vivienda.
En una obra de construcción la presencia de un recurso preventivo será obligatoria en los casos determinados por la Ley 31/1995 de Prevención de Riesgos Laborales, el RD 39/1997 Reglamento de los Servicios de Prevención y el RD 1627/1997 de Obras de Construcción. El contratista —en el plan de seguridad y salud en el trabajo de la obra— analizará las posibles situaciones que puedan presentarse y tomará las decisiones necesarias para garantizar un adecuado control de los riesgos generados por la concurrencia de actividades empresariales.
Tres situaciones en las cuales la presencia del Recurso Preventivo es obligatoria
- Cuando los riesgos puedan verse agravados o modificados en el desarrollo del proceso o la actividad, por la concurrencia de operaciones diversas que se desarrollan sucesiva o simultáneamente y que haga preciso el control de la correcta aplicación de los métodos de trabajo.
- Cuando se realicen actividades o procesos que reglamentariamente sean considerados como peligrosos o con riesgos especiales.
- Cuando la necesidad de dicha presencia sea requerida por la Inspección de Trabajo y Seguridad Social, si las circunstancias del caso así lo exigieran debido a las condiciones de trabajo detectadas.
CONTRATISTA : La persona física o jurídica que asume contractualmente ante el promotor, con medios humanos y materiales, propios o ajenos, el compromiso de ejecutar la totalidad o parte de las obras con sujeción al proyecto y al contrato.
SUBCONTRATISTA : la persona física o jurídica que asume contractualmente ante el contratista, empresario principal, el compromiso de realizar determinadas partes o instalaciones de la obra, con sujeción al proyecto por el que se rige su ejecución
TRABAJADOR AUTÓNOMO : la persona física distinta del contratista y del subcontratista, que realiza de forma personal y directa una actividad profesional, sin sujeción a un contrato de trabajo, y que asume contractualmente ante el promotor, el contratista o el subcontratista el compromiso de realizar determinadas partes o instalaciones de la obra. Cuando el trabajador autónomo emplee en la obra a trabajadores por cuenta ajena tendrá la consideración de contratista o subcontratista a efectos del presente Real Decreto.
OBLIGACIONES DEL PROMOTOR :
En el caso de que la instalación deba tener Proyecto de Obra : El Promotor deberá elaborar un Estudio de Seguridad o Estudio Básico según lo establecido en los art. 4 y 5 del RD 1627/1997, este formará parte del proyecto de obra y recogerá las medidas preventivas adecuadas a los riesgos que conlleve la realización de la obra.
Será elaborado por el Técnico Competente designado por el Promotor. Según la Guía Técnica del INSST se considera “técnico competente” aquella persona que posee titulaciones académicas y profesionales habilitantes así como conocimientos en actividades de construcción y de prevención de riesgos laborales acordes con las funciones a desempeñar según el RD 1627/1997.
El Promotor designará al Coordinador en Materia de Seguridad y Salud durante la ejecución de la Obra según lo establecido en el art. 3 del RD 1627/97, tan pronto constate que en su ejecución interviene más de una empresa, una empresa y trabajadores autónomos o diversos trabajadores autónomos. La designación de los coordinadores no eximirá al promotor de sus responsabilidades.
El Promotor debará vigilar que el Coordinador cumpla con sus obligaciones, establecidas en el art. 9 del RD 1627/97
El coordinador en materia de seguridad y salud durante la ejecución de la obra deberá
desarrollar las siguientes
funciones:
a) Coordinar la aplicación de los principios generales de prevención y de seguridad:
1º. Al tomar las decisiones técnicas y de organización con el fin de planificar los
distintos trabajos o fases
de trabajo que vayan a desarrollarse simultánea o sucesivamente.
2º. Al estimar la duración requerida para la ejecución de estos distintos trabajos o fases
de trabajo.
b) Coordinar las actividades de la obra para garantizar que los contratistas y, en su caso, los subcontratistas y los trabajadores autónomos apliquen de manera coherente y responsable los principios de la acción preventiva que se recogen en el artículo 15 de la Ley de Prevención de Riesgos Laborales durante la ejecución de la obra y, en particular, en las tareas o actividades a que se refiere el artículo 10 de este Real Decreto.
c) Aprobar el plan de seguridad y salud elaborado por el contratista y, en su caso, las modificaciones introducidas en el mismo. Conforme a lo dispuesto en el último párrafo del apartado 2 del artículo 7, la dirección facultativa asumirá esta función cuando no fuera necesaria la designación de coordinador.
d) Organizar la coordinación de actividades empresariales prevista en el artículo 24 de la Ley de Prevención de Riesgos Laborales.
e) Coordinar las acciones y funciones de control de la aplicación correcta de los métodos de trabajo.
f) Adoptar las medidas necesarias para que sólo las personas autorizadas puedan acceder a la obra. La dirección facultativa asumirá esta función cuando no fuera necesaria la designación de coordinador.
En el caso de que la instalación no cuente con Proyecto de Obra : El Promotor deberá identificar los riesgos, establecer las medidas preventivas a adoptar y trasladar toda esa información a las empresas y trabajadores autónomos intervinientes.
Pueden ampliar y contrastar la información de este Artículo consultando la Guía Técnica ...
Enlace a la Guía
Cálculo de Instalaciones Solares Fotovoltaicas Aisladas.
Cálculo Básico de Instalaciones Solares
Fotovoltaicas Aisladas
Las instalaciones Solares Fotovoltaicas Aisladas son aquellas que pueden generar Electricidad sin la necesidad de estar conectadas a la Red Eléctrica. Son de gran utilidad en lugares donde no se tiene acceso a la Red Eléctrica. Para asegurar el suministro cuando los Generadores Fotovoltaicos o Placas Solares no se encuentren generando electricidad, o esta disminuya debido a la Metereología adversa, deberemos instalar baterías de acumulación. Las baterías de acumulación nos garantizarán, durante el periodo de autonomía calculado, el suministro de Electricidad. La principal función de las baterías de acumulación es almacenar la energía sobrante, que no consumimos durante el periodo en que los Generadores Fotovoltaicos o Placas Solares reciben Radiación Solar y generan electricidad.
Las baterías de acumulación almacenan y suministran Electricidad debido a las diferentes reacciones químicas que tiene lugar en el interior de las mismas.
En los Sistemas Híbridos se introduce la posibilidad de incluir también la conexión de un Generador Diésel o Eólico, para que en caso de agotar las batería durante el periodo de autonomía calculado, podamos disponer de Electricidad. Los Generadores Diésel o Eólicos también se pueden utilizar en caso de puntas de consumo, o en caso que los Generadores Fotovoltaicos no reciban la suficiente Radiación Solar.
Las instalaciones Solares Fotovoltaicas para Autoconsumo son aquellas en las que se consume la Electricidad generada a través de los Generadores Fotovoltaicos o Placas Solares, y se utiliza la Red Eléctrica para inyectar los excedentes o para consumir Electricidad en caso de que la Generación propia no sea suficiente.
También podemos optar por no inyectar Electricidad a la Red y almacenar los excedentes de la Instalación Fotovoltaica en nuestras propias Baterías de Acumulación, en este caso solo utilizaríamos la Red Eléctrica para momentos puntuales o puntas de consumo. Otra opción sería inyectar a la Red Eléctrica solo cuando nuestros consumos estén garantizados y contemos con las baterías de acumulación 100% cargadas.
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Pérdidas
Consumos diarios
Paneles Solares, día
Cálculo de Baterías
Datos de la Instalación
Regulador / Inversor
Resumen
| Dato | Valor | Unidad |
|---|---|---|
| Latitud | Grados | |
| Inclinación | Grados | |
| Potencia Pico Panel | W | |
| Capacidad Baterías | Ah | |
| Nº Baterías | Ud. | |
| Voltaje Baterías | V | |
| Paneles Serie | Ud. | |
| Paneles Paralelo | Ud. | |
| Potencia Pico Inst. | W | |
| Intensidad ISC | A | |
| Intensidad Máx. | A | |
| Potencia Inversor | W |
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